[nomorewar]

Доброго времени суток, народ, выношу свою идею на критику и суд общественности.

Замена силовой кнопки включения в хвосте фонаря на тактовую с мощным полевым транзистором и минимум потерь... Обсуждалось, наверно, уже миллион раз. Прошерстив форум и даже его архив, нашел три подхода к реализации данной задачи:

Первый - кнопка на голой рассыпухе, буквально пара транзисторов и пара резисторов с кондером. Плюсы - дешего, сердито, компактно, не потребляет в выключенном состоянии, вообще. Минусы - для отпирания ключевого транзистора и поддержания его в таком состоянии необходимо взять где-то положительное напряжение. А его и нету, напомню, мы говорим о кнопке в хвосте фонаря. Поэтому используется предварительно (в то время, когда фонарь выключен) заряженный конденсатор, напряжение на котором и отпирает полевик. Все бы ничего, но конденсатор медленно разряжается через резистор подтяжки затвора полевика (ну мы же не оставим болтаться в воздухе затвор транзистора, правда?). Таким образом, со временем, сопротивление транзистора растет, что приводит к лишним тепловым потерям, снижению яркости фонаря на еще свежих батареях и, возможно, тепловому пробою нашего полевика. Лечится периодическим включением\выключением фонаря. Думаю, тут понятно.

Второй - использование либо логики, либо микроконтроллера, который постоянно включен в цепь питания последовательно с основной нагрузкой. Плюсы - никаких проблем с постепенным угасанием фонаря, возможность приделать кучу свистелок-перделок аля подсветка кнопки, простота. Минусы - микроконтроллер потребляет в выключенном состоянии фонаря. Да, потребляет очень мало, меньше величины саморазряда аккумуляторов, но все-таки жрет. Для такого паранойщика как я - это сущий ад, я умаюсь откручивать голову фонаря каждый раз после его выключения. Знаю что глупо, но вот такой я.

Третий - использовать часовую батарейку вместо конденсатора. Ну вообще не круто, никогда не знаешь, когда она сядет.

Итак, после всех душевных мук выбора из имеющихся вариантов, мною была придумана следующая схема, а возможно и не схема, а очередной велосипед. Цель - чтобы кнопка не жрала ток в выключенном состоянии, чтобы не было необходимости включать\выключать фонарь для подзаряда конденсатора, отпирающего полевик.

Краткое описание: IC2 - маломощный линейник для питания микроконтроллера (IC1 - attiny13a), нужен для понижения напряжения, т. к. планирую использовать кнопку с двумя последовательно соединенными аккумуляторами. R_DRIVE - эквивалентное сопротивление драйвера и светодиода (те, что в голове стоят). Q1 - наш силовой транзистор (n-канальный мосфет), R3 - подтяжка его затвора к земле. SW1 - наша тактовая кнопка без фиксации, ею производится управление. Q2 и R4 - вспомогательный полевик и подтяжка его затвора к земле. R2 - подтяжка кнопки к питанию микроконтроллера, R5 - подтяжка ножки Reset к питанию, так положено. C1 - наш энергозапасающий конденсатор\ионистор (на что места хватит - то и поставлю), от него работает вся схема "кнопки" во время, когда SW1 разомкнута.
Принцип работы. Начальное состояние - кнопка разомкнута, оба полевых транзистора заперты, т. е. фонарь выключен. Потребление - ноль. При кратковременном нажатии на конку SW1 через линейник происходит заряд конденсатора C1, далее запускается микроконтроллер и открывает полевик Q1. К этому времени кнопка давно отпущена, микроконтроллер работает только благодаря заряду конденсатора. Повторное нажатие на кнопку детектируется микроконтроллером (в этот момент его вывод кнопкой прижимается к земле через открытый Q1), микроконтроллер же производит кратковременный разрыв цепи питания драйвера (путем закрытия Q1), что имитирует неполное нажатие на механическую кнопку для смены режима. А в чем цимус, спросите вы? Да в том, что заряд конденсатора потихоньку через подтяжки полевичков стекает на землю. Как быть? А вот тут на сцену выходит Q2. Микроконтроллер детектирует своим АЦП падение напряжения питания (напряжение на конденсаторе) и делает следующий фитн: ОЧЕНЬ кратковременно (миллисекунда например, но надо посчитать, сколько потребуется на заряд конденсатора) разрывает цепь питания драйвера (закрывает Q1), и открывает Q2, через который заряжается конденсатор. Потом Q2 закрывается, а Q1 открывается, восстанавливая нормальную работу фонаря. Таким образом, для дозарядки конденсатора не нужно жать на кнопку самому, мк все сделает автоматически. А кратковременное выключение раз в несколько (десятков?) минут глазу не заметно. При выключении фонаря (например долгим удержанием кнопки, но это по вкусу) микроконтроллер просто закрывает оба транзистора (в таком состоянии они и остаются благодаря подтяжке) и фонарь выключается.

Господа эксперты, таки щито скажите? Из проблем пока вижу работу от одной банки. У меня на диоде и драйвере падает примерно 1 Вольт, так что при напряжении на подсевшей банке (3 Вольта например) не будет хватать напруги для открытия полевиков. Пока планирую использовать IRLMS2002, но им надо минимум 2,5 В.

[galex]

 Сообщение от nomorewar :

ока планирую использовать IRLMS2002, но им надо минимум 2,5 В.

на каком-то мусорном драйвере из фонаря нашелся Si2314EDS. уже при Vgs 1.8в вполне достойные показатели имеет (40-50мОм, до 4А)

[nomorewar]

 Сообщение от galex :

на каком-то мусорном драйвере из фонаря нашелся Si2314EDS. уже при Vgs 1.8в вполне достойные показатели имеет (40-50мОм, до 4А)

а вот за такую информацию спасибо большое, буду искать такой полевик. Кстати, по схема наверно стоит добавить диод перед R2, чтобы при коммутации кнопки через R2 не заряжался конденсатор, потом еще надо поставить небольшой резистор на выход линейника, чтобы ограничить ток заряда конденсатора\ионистора, ну и надо что-то придумать с входной линией мк, которая слушает кнопку, а то на нее при включении может попасть все 8,4 Вольта, хоть делитель ставь... Также возможно, что при кратковременной подзарядке конденсатора, драйвер будет воспринимать разрывы питания как команду смены режимов...

[galex]

 Сообщение от nomorewar :

но конденсатор медленно разряжается через резистор подтяжки затвора полевика (ну мы же не оставим болтаться в воздухе затвор транзистора, правда?).

а почему бы и нет?
единственное, кнопка будет не тактовая. но зато:

 Сообщение от nomorewar :

Лечится периодическим включением\выключением фонаря.

период будет больше непрерывного времени разряда аккумулятора даже на среднем режиме.

 Сообщение от nomorewar :

возможно, что при кратковременной подзарядке конденсатора, драйвер будет воспринимать разрывы питания как команду смены режимов

ну уж программа то легко различит что за событие было- инициированная подзарядка или ожидаемое нажатие кнопки.
а вот как долго микроконтроллер сможет проработать от конденсатора, который заряжался несколько миллисекунд? не получится ли что мигать начнет каждые 2-5 секунд, вместо планируемых десятков минут?

p.s. может добавить третий полевик или использовать один из выходов контроллера как-то, чтобы притягивать затвор к земле только когда это необходимо?

[INFERION]

 Сообщение от galex :

а вот как долго микроконтроллер сможет проработать от конденсатора, который заряжался несколько миллисекунд? не получится ли что мигать начнет каждые 2-5 секунд, вместо планируемых десятков минут?

Получится, ибо:

 Сообщение от nomorewar :

Микроконтроллер детектирует своим АЦП падение напряжения питания

С таким подходом потребление будет - сотни микроампер. Это очень много даже для ионистора. Кроме того - у ионисторов внутреннее сопротивление очень высокое, и заряжаются они долго. Мне кажется что затея слишком огородная и посредственная. Картину портит прожорливый МК и подтяжки на затворах, при таком то подходе к питанию. Да и потом, зачем полевик то параллельно кнопке? Разве нельзя без него обойтись? Мелкая литиевая батарейка, при реализации схемы на стандартной логике (D-триггерах и т.п.), продержится лет 10.

Я бы по-другому данную проблему решил. Можно использовать падение на силовом полевике для питания программной повышалки (дроссель, и пин микроконтроллера). С определённой частотой дёргать лапкой, напряжение ограничивать стабилитроном. Только при падении в десяток милливольт и сопротивлении каналов пина МК в 20Ом мощность такого преобразователя может оказаться недостаточной и придётся лепить внешний обвес. Линейный регулятор обычно имеет ощутимые утечки, поэтому я бы его заменил на параметрический (тупо резистор), тем более что стабилитрон на Vcc МК уже имеется. Т.е. реализация получается с постоянной паразитной подпиткой, не требующая периодического отключения и не критичная к напряжению питания (МК можно завести и на 1,4V, а дальше повышалка сделает своё дело)...

[AVSel]

Сама идея кратковременного отключения полевика для подзарядки конденсатора, через драйвер, не будет толком работать. Хотя бы по той причине, что в драйвере обычно стоит входной конденсатор, который не может разрядится мгновенно. А отключение на значительное время, достаточное для разряда конденсаторов в драйвере, вызовет заметные мерцания.

Но можно сделать хитрость, воткнуть последовательно ключу индуктивность, или даже трансформатор, который при кратковременном отключении, будет быстро сбрасывать накопленную в индуктивности энергию. Единственный недостаток такой схемы, частота отключений зависящая от режима. В режиме "светлячка" может вообще не завестись...

[INFERION]

Эта хитрость по-сути альтернативная реализация паразитной запитки. Ведь можно коммутировать с небольшим заполнением и очень часто, входная ёмкость у драйвера сгладит пульсации. Только придётся коммутировать силовой ключ довольно часто и с хорошим фронтом, что заставляет строить целый преобразователь (и совсем не микрожрущий).

[shurko_3]

 Сообщение от INFERION :

Ведь можно коммутировать с небольшим заполнением и очень часто

именно по такому принципу видел кнопку в одном китайском фонаре(где то валяется, надо поискать). На плате МК + полевик + тактовая кнопка., Самое интересное то , что во время работы фонаря возле МК ещё и светодиод светится для подсветки кнопки. Вначале, пока не вьехал в принцип работы не мог понять откуда на МК появляется 3V, в это время на драйвере светодиода 4V.

[nomorewar]

 Сообщение от AVSel :

Хотя бы по той причине, что в драйвере обычно стоит входной конденсатор, который не может разрядится мгновенно

вот тут не понял. ну стоит, но он же просто включен на землю, питание фильтрует. зачем нам его разряжать? касательно остальных замечаний - буду пытаться считать, надо знать конкретнее время заряда/разряда накапливающего конденсатора. попытаюсь вечером прикинуть.

[galex]

 Сообщение от nomorewar :

зачем нам его разряжать?

затем что ток подзаряда конденсатора кнопки пойдет либо через него, либо через делитель напряжения (в народном драйвере) либо еще каким неведомым путем через драйвер.
ток через делитель - сотня другая микроампер, конденсатор кнопки заряжать будет долго. а через заряженный конденсатор драйвера ток не пойдет.
можно зашунтировать драйвер резистором 1-5кОм - конденсатор будет заряжаться быстрее. (но все равно недостаточно быстро, кмк)

[AVSel]

 Сообщение от nomorewar :

вот тут не понял. ну стоит, но он же просто включен на землю, питание фильтрует. зачем нам его разряжать?

Дык, напряжение на входном конденсаторе драйвера равно напряжению питания. И пока он хоть чуть чуть не разрядится, напряжение на кнопке будет близко к нулю, неважно разомкнута она или замкнута

[nomorewar]

ааа, теперь понял, у драйвера же при разорванном питании как таковой земли нет. нетривиальная задача, надо думать. возможно, придется проектировать специальный драйвер для корректной работы кнопки. эх, вот как было бы все просто, если бы кнопка была возле головы фонаря, но не судьба

[nomorewar]

итак, всем спасибо за советы, критику и дельные замечания, попытка номер 2.

что изменилось: подтяжка полевиков на время работы фонаря отключается, никакого АЦП, никакого линейника, мк почти все время в глубоком сне, пробуждение по WDT, тактирование тоже от него (128 кГц), изменена схема паразитной запитки, кнопка теперь с фиксацией.

на схеме показано включенное состояние. L1 - это просто катушка индуктивности, не обращайте внимания на басурманское обозначение. паразитная запитка осуществляется путем кратковременного запирания транзистора Q1, в это время катушка заряжает энергозапасающий конденсатор C1, после отпирания транзистора мк уходит в глубокий сон, пробуждение по WDT, период пробуждения надо будет еще посчитать. в выключенном состоянии кнопка во-первых садит затвор транзистора Q1 на землю, тем самым запирая его, во-вторых отпирает транзистор Q2, шунтируя тем самым катушку, чтобы она бед не наделала. конденсатор C2 нужен, чтобы от него стартовал мк, сразу после включения кнопки (он заряжается в выключенном состоянии фонаря), заодно и в роли делителя напряжения (8,4 В) выступит. таким образом, мк выполняет только одну функцию - организует паразитную запитку для затвора Q1.

ну и самое интересное, примерные "расчеты" энергопотребления. Тинька в глубоком сне и включенном WDT потребляет в худшем случае 8 с копейками микроампер. ну возьмем 10 для ровного счета. это при 5,5 вольтах питания, по мере разряда энергозапасающего конденсатора ток будет уменьшаться, причем значительно.

ну а теперь прикинем "эквивалентное сопротивление" тиньки. 5,5 вольт, 10 микроапмер. получается 550 кОм. других потребителей у нас нет. получается, что время разряда RC-цепочки составит примерно 110 секунд при емкости конденсатора 200 мкФ. это будет разряд до напряжения 1.9 вольта, то есть тиня еще будет жить, и ее хватит, чтобы закрыть полевик. в реальности же, время разряда должно быть еще больше из-за нелинейности графика потребления мк и прочих допущений. другой вопрос, сколько эта емкость будет заряжаться, тут я еще не считал, да и не особо представляю как. понятно, что это будет зависеть от индуктивности.

таки жду критики и замечаний, просто ужасно интересно, насколько жизнеспособный вариант получился.

по поводу кнопки упреждаю вопросы, кнопка такая продается даже в провинции, по размеру меньше штатной (по крайней мере в конвое л2), вот она: кнопка

P. S. ну а если уж совсем не заморачиваться, возможен такой вариан с батарейкой и отключением подтяжки на время работы фонаря, то есть ток будет тратиться только на заряд емкости затвора, литиевой батарейки действительно должно надолго хватить. но мне все равно такой расклад не по душе

[Tamagotchi]

У меня уже 2 с половиной года работате кнопка на батарейке от материнской платы. Коммутирует 2 последовательных лития и ток 4А. никаких проблем. А вот, где в кнопке поместить МК с кучей деталей?

[nomorewar]

да эт разве куча... ну и кнопки разные бывают) сначала надо определиться с работоспособностью схемы в теории, потом на практике, ну а потом уж пытаться все упихать в кнопку. с батарейкой беда в том, что никогда не знаешь, когда она начнет садиться, потихоньку запирая полевик. причем, на глаз этого не видно, т. к. драйвер начинает просто тянуть больший ток. в итоге транзистор греется, кпд падает, так и до теплового пробоя недалеко. ну а при замене аккумуляторов каждый раз мерить напряжение на кнопке мультиметром - это не камильфо. ну и спортивный интерес никто не отменял))

[INFERION]

Поехали:

 Сообщение от nomorewar :

паразитная запитка осуществляется путем кратковременного запирания транзистора Q1, в это время катушка заряжает энергозапасающий конденсатор C1

Для того, чтоб дроссель сгенерировал выброс ЭДС - необходимо чтоб до этого через него протекал ток, который не течёт, ибо:

 Сообщение от nomorewar :

отпирает транзистор Q2, шунтируя тем самым катушку

На момент закрывания Q1 через катушку ток течь не будет.

 Сообщение от nomorewar :

C2 нужен, чтобы от него стартовал мк, сразу после включения кнопки (он заряжается в выключенном состоянии фонаря)

А какая у него ёмкость? Меня смущает что он стоит до выпрямителя, и шунтирует тот самый выброс ЭДС (которого и так нет), которым необходимо накормить С1.

Ну и в целом - огород с кнопкой. С таким обвесом можно было бы уже не метить на микротоки, а реализовать полноценный индуктивный отбор мощности с последовательной цепи.
Литиевые батарейки продаются и мелкоформатные, в мобилках они тоже используются, и паяются прямо на плату. А от материнки ставить это очень жирно, саморазряд здорово превышает потребление.

[nomorewar]

INFERION, UPD, сначала неправильно написал, аж сам запутался. запирание Q1 происходит при помощи мк, то есть кнопка не переключается, а в таком положении Q2 закрыт, так что будет происходить заряд. Q2 открывается и шунтирует катушку только при переключении кнопки.

насчет C2 - да небольшая емкость, нужна только для того, чтобы как можно быстрее после нажатия на кнопку на мк появилось напряжение, если его убрать, то С1 после коммутации будет долго заряжаться, пока там катушка начнет ток пропускать. при нажатой кнопке емкость этих конденсаторов просто будет складываться и вся пойдет на дело.

а что Вы подразумеваете под полноценным индуктивным отбором мощность с последовательной цепи? может есть какие то готовые варианты?

[INFERION]

Готовых вариантов не знаю, но пример реализации я описал выше. Простейший - использование падения на силовом ключе, повышая напряжение. В мощной силовухе, к примеру, датчики тока в цепях с переменным током представляют собою обычный повышающий трансформатор, первичка которого врезана в цепь подобно шунту, а со вторички напряжение выпрямляется и гасится резистором. Такое можно сделать и в цепи с постоянным током, но придётся переключать два ключа и мотать трансформатор с отводом от середины первичной обмотки. Сам по себе трансформатор компактнее дросселя, его можно намотать на кольце размером с МК, а его вторичка, будучи нагруженной на стабилитрон, обеспечит питанием не только МК, но и какой-нибудь светодиод. Сердечник должен уметь насыщаться на больших токах, он будет играть роль стабилитрона, ограничивая отбор мощности.

[Разряд]

Да лучше батарейка чем такое городить. Для меня подобные решения это уже спецтехника когда нужно скрытно питать какой нить жук. Не надо так сильно отчаиваться с батарейкой она проживёт дольше ваших АКБ, когда АКБ станут дряхлыми и батарейку в кнопке заменить. По поводу батарейки и разряда то тут есть супервизоры в SOT-23 поставь на 2.6В когда батарейка кончится он отключит всё резко (в любом случае не позволит работать от низкого напряжения) и не какого теплового пробоя. Я как то по приколу поставил мигалку на коробку CD так там светодиод от CR2025 мигал больше года потом с разгрузкой хлама я потерял не знаю сколько он еще мигал там. К литиевых батареек ёмкость не малая а там потребление если 1 транзистор с супервизор будет копейки и он сможет годами работать не выключаясь даже. И можно сделать мигающий светодиод как в микрофонах при включении если мигнул значит батарейка норма, или на еще 1 супервизоре индикатор разряда загорится когда будет низкая напруга, супервизор очень мало потребляют гораздо меньше МК.
Какой идиот придумал кнопку с торца да еще и питание ею рвать технологии 50-х годов я фонари с торцевыми не беру по этой причине.

[nomorewar]

INFERION, падение напряжения на полевике в лучшем случае составит 1,5 А х 40 мОм = 60 мВ. неужели есть готовые повышающие dc-dc, которые заведутся от 60 мВ? а если городить самому - то тоже самое и выходит. а насчет трансформатора думал, да только при компактных размерах транс выдержит ли ток в 1-2 ампера? а то и больше, если с одной банки запитывать фонарь.

 Сообщение от Разряд :

Какой идиот придумал кнопку с торца да еще и питание ею рвать технологии 50-х годов я фонари с торцевыми не беру по этой причине.

и не говорите, сам хотел брать сразу с боковой, да только что-то претендентов не нашлось, вот и взял с торцевой)